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Vorrichtung zum Synchronisieren eines Induktionsmotors Die Erfindung
bezieht sich auf Vorrichtungen zum Synchronisieren eines Induktionsmotors mit einem
gewickelten Rotor und Stator, von denen zumindest einer mehrphasig gewickelt ist.
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Gegenstand der 1?rfindung ist die Schaffung von Synchronisicrmittcl»
für Anordnungen, bei denen der Motor aus einer Stromquelle gespeist wird, deren
Frequenz von der Frequenz, mit der der Motor synchronisiert werden soll, abweicht.
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1?rfindutigsgemäß ist eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines Induktionsmotors
vorgesehen mit einem gewickelten Rotor und Stator, von denen mindestens einer mehrphasig
gewickelt ist, mit einem Strom, dessen Frequenz von der Frequenz der Netzstronnquelle
zum Antrieb des Motors abweicht, mit Mittelei zum Anlegen eines mehrphasigen Stromes
an den mehrphasig gewickelten Rotor oder Stator mit einer Frequenz, die die Differenz
zwischen der Frequenz des Netzstromes und der Frequenz des synchronisierenden Stromes
ist, wobei die obigen Mittel .einen im wesentlichen sinusförmigen mehrphasigen Strom
abgeben können.
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Beispielsweise kann die Erfindung bei Vorrichtungen zur Fernsehübertragung
von Filmen Anwendung finden, wobei es erwünscht ist, die Filmabtastvorrichtung mit
der Bildfrequenz des Fernsehgerätes zu synchronisieren. Diese Frequenz kann manchmal
von der Frequenz der Stromquelle, an die der Antriebsmotor der Filmabtastvorrichtung
angeschlossen ist, abweichen. Die Erfindung kann auch Anwendung finden zur Synchronisierung
eines rotierenden Farbfilters in einem Farbfernsehempfänger mit einer Frequenz,
die der Winkelfrequenz eines Farbfilters im Sender entspricht.
Weiterhin
kann die Erfindung bei Vorrichtungen Anwendung finden, in denen der drehbare Teil
eines Motors eine winkelmäßig festgelegte Stellung gegenüber einer winkelmäßig festgelegten
Stellung eines Steuergliedes einnehmen soll.
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Der besagte Mehrphasenstrom kann aus der Stromquelle mit Hilfe passender
Modulationsvorrichtungen abgezweigt werden, an welche der Strom aus der Stromquelle
in entsprechender Phasenbeziehung und ebenfalls der Strom mit Synchronisierfrequenz
angelegt ist, so daß an den Ausgängen der Modulat@oren ein Mehrphasenstrom mit Differenzfrequenz
entsteht, der an die Rotor- oder Statorwicklungen angelegt werden kann.
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Die Erfindung wird nun als Beispiel mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
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Fig. i ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig.2 und 3 stellen zwei Ausführungsformen einer Modulationsvorrichtung für eine
in Fig. i dargestellte Vorrichtung dar.
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In der Zeichnung stellt i einen elektrischen Induktionsmotor mit einem
Stator 2 und einem Rotor 3 dar. Der Motor kann zusätzlich mit einem Anlaufkäfig
versehen sein. Der Stator 2 ist in Dreieck und der Rotor 3 in Stern geschaltet,
gewünschtenfalls können jedoch der Statur in Stern und der Rotor in Dreieck oder
auch Rotor und Statur in Stern oder Dreieck geschaltet sein. Gewünschtenfalls können
die Wicklungen auch untereinander unverbunden bleiben. Die Anschlüsse und 6 feiner
Dreiphasenkraftstromquelle sind in passender Weise mit den Statorwicklungen verbunden
und jede Phase der Quelle ist noch weiterhin mit den entsprechenden Eingangskreisen
von drei Modulazoren 7, 8 und 9, die schematisch dargestellt sind, verbunden. Die
Anschlüsse i o und i i einer Stromquelle, mit deren Frequenz der Motor synchronisiert
werden soll, sind ebenfalls mit den Eingangskreisen eines jeden der Modulatoren
verbunden. So werden die Modulatoren mit einem Strom mit Synchronisierfrequenz derselben
Phasenlage versorgt, während der an den Modulazoren angelegte Strom aus der anderen
Stromquelle mit einem Phasenunterschied von 120' zugeführt wird. Am Ausgang eines
jeden Modulators wird daher ein Strom auftreten, dessen Frequenz gleich der Differenz
zwischen der Frequenz der Kraftstromquelle und der Synchronisierfrequenz ist. So
stellen die drei Modulatoren zusammen eine dreiphasige Stromquelle mit dieser Differenzfrequenz
dar. Die Ausgangskreise des Modulators sind mit den entsprechenden Wicklungen des
Rotors 3 verbunden. So werden der Statur bzw. Rotor mit mehrphasigen Strömen unterschiedlicher
Frequenzen versorgt, und @es zeigt sich, daß die Drehzahl des Motors unter diesen
Umständen gleich er Differenz dieser beiden Frequenzen dividiert durch die Polpaarzahl
des Motors ist, unter der Voraussetzung, daß der Drehsinn der Phasen richtig ist.
Der Unterschied zwischen den beiden zuletzt .erwähnten Frequenzen ist jedoch gleich
der Synchronisierfrequenz des von den Anschlüssen i o und i i abgezweigten Stromes,
so daß die Drehzahl des Motors gleich der Synchronisierfrequenz dividiert durch
die Polpaarzahl ist.
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Der Drehsinn der Phasen im Motor i ruß so gerichtet sein, daß, wenn
die Frequenz der Kraftstromquelle größer ist als die Synchronisierfrequenz, der
Motor mit einer Drehzahl läuft, die geringer ist als die Drehzahl, die ,auftreten
würde, wenn der Motor in normaler Weise nur .aus der Kraftstromquelle gespeist würde.
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Die Modulatoren 7, 8 und 9 liefern eine sinusförmige Ausgangsspannung,
wodurch zu jeder Zeit die gleiche Phasenbeziehung zwischen der winkelmäßigen Lage
des Rotors und der Phase der Synchronisierquelle sichergestellt wird.
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Eine Anordnung dieser Art kann als Servovorrichtung benutzt werden
zur Fernsteuerung der winkelmäßigen Lage eines drehbaren Teiles. Zum Beispiel kann
es erreicht werden, wenn als Quelle des Synchronisierstromcs ein kleiner Einphasengenerator
benutzt wird, daß die Motorwelle jede gewünschte winkelmäßige Lage, die der winkelmäßigen
Lage des Generatorrotors entspricht, einnimmt. Mit Hilfe passender drehbarer, mit
dem Generator verbundener Steuerelemente kann die winkelmäßige Lage von mit dem
Motor gekuppelten Vorrichtungen ferngesteuert werden. Wenn die Ausgangsspannung
des Modulators einen Gleichstromanteil enthält, werden die Kupferverluste im Rotor
erhöht und auf der Motorwelle sind zusätzliche Schleifringe für das richtige Anschließen
der Modulatorausgänge erforderlich.
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In einer ,abgeänderten Ausführungsform oben beschriebener Anordnung
sind die Anschlüsse der Kraftstromquelle .direkt mit dem Rotor verbunden und die
Ausgänge der Modulatoren an die Statorwicklungen angelegt, wobei es unwesentlich
ist, ob der Modulatorausgang an den Rotor oder an den Statur angelegt ist, solange
derjenige Teil, an den die Modulatorausgänge .angelegt sind, zumindest zweiphasig
gewickelt ist. Der andere Teil, d. h. der Teil, an den der Modulatorausgang nicht
angelegt ist, kann eine beliebige Anzahl von Phasen, einschließlich einer Phase,
haben. Es ist jedoch notwendig, daß die Anzahl der Modulatoren effektiv gleich der
Anzahl der Phasenwicklungen des Rotors bzw. Stators ist, je nachdem, an welchen
von beiden die Modulatorausgänge angelegt sind. Weiterhin ist :es notwendig, daß
die Anzahl der Phasen eines der den Modulator versorgenden Stromsysteme (im beschriebenen
Fall die Ströme der Kraftstromquelle) gleich der Anzahl der Modulatoren ist. Bei
der beschriebenen Anordnung wird fast die gesamte zum Antrieb des Motors erforderliche
Energie aus der Netzstromquelle abgezweigt, und fast die gesamte von der Kratfstromquelle
gelieferte Energie wird dem Teil des Motors zugeführt, der nicht mit den Modulatorausgängen
verbunden ist. Die einzige der Synchronisierquelle entnommene Energie ist die, die
zum Steuern der Modulatorenerforderlich ist, so daß es die Erfindung ermöglicht,
einen Induktionsmotor aus einer schwachen Stromquelle zu synchronisieren. Für den
Induktionsmotor
kann eine Standardtype benutzt werden, und im Fall eines Aussetzers der Sy11-chronisieranordnung
kann der Motor leicht vom Netz gespeist als Asynchronmotor laufen. Wenn eine Anlaufvorrichtung
vorgesehen ist, kann der Motor aus einer Einphasenstromquelle betrieben werden,
während die mehrphasige Stromversorgung der Modulatoren von der E. M. K. der mehrphasigen
Rotor- oder Statorwicklung des Motors abgezweigt wird. Wenn der Motor mit einem
Dämpferkäfig ausgerüstet ist, kann der Anlauf sehr schnell erfolgen, da der Motor
den größten Teil seines Anlaufstromes direkt aus der Kraftstromquelle entnimmt und
nicht in größerem Ausmaß über die Modulatoren.
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Eine brauchbare Ausführungsform des Modulators für Vorrichtungen gemäß
Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Modulator besteht aus Elektronenentlädungsröhren
1 2 und 13, wobei die Anode einer jeden Röhre mit der Kathode der anderen Röhre
verbunden ist. Unter der Annahme, daß der Modulator die Aufgabe des Modulators 7
der Fig. 1 übernehmen soll, wird der Strom aus den Anschlüssen 5 und 6 der Stromquelle
in die Primärwicklung eines Transformators 14 eingespeist. Ein Ende der Sekundärwicklung
des Transformators 14 ist verbunden mit der Anode der Röhre 12 und der Kathode der
Röhre 13. Das andere Ende dieser Sekundärwicklung liegt über einen Widerstand 15,
der die Wicklung des Rotors 3 in Fig. 1 darstellt und an den der Ausgang des Modulators
angelegt ist, an der Anode der Röhre 13 und der Kathode der Röhre 12. Zur Glättung
des Modulatorausganges ist ein Tiefpaß 36 vorgesehen. Der Strom mit Synchronisierfrequenz
wird von den Anschlüssen 1 o und 1 1 in die Primärwicklung eines Transformators
16, welcher mit zwei Sekundärwicklungen 17 und 18 versehen ist, eingespeist. Ein
Ende der Sekundärwicklung 17 ist mit der Kathode der Röhre 12 und das andere Ende
über einen Gittervot-widerstand t 9 mit einem parallel geschalteten Kondensator
20 mit dem Steuergitter der Röhre 12 verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung 18
ist mit der Kathode der Röhre 12 und das andere Ende über einen Gittervorwiderstand
21 mit einem parallel geschalteten Kondensator 22 mit dem Steuergitter der Röhre
13 verbunden.
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Bei Betrieb wird die Größe der Wechselspannung mit Syzlchronisierfrequenz,
die zwischen den Kathoden und Steuergittern der Röhre 12 und 13 angelegt ist, vorzugsweise
so gewählt, daß die Röhren im Arbeitsbereich C arbeiten. Wenn die Phasen der über
die Transformatoren 14 und 16 eingespeisten Ströme solche Phasenlage in bezug aufeinander
haben, daß das Steuergitter und die Anode der Röhre 12 zu gleicher Zeit positiv
sind, arbeitet die Röhre 12 als Einphasenhalbwellen-Bleichrichter, und es kommt
ein Stromfluß in Richtung der eingezeichneten Pfeile zustande. Wenn diese Phasen
sich um 18o- unterscheiden, werden die Anode und das Steuergitter der Röhre 13 zu
gleicher Zeit positiv, und es kommt ein Stromfluß entgegengesetzt der eingezeichneten
Pfeilrichtung zustande. Wenn diese Phasen sich um 9o° unterscheiden, werden die
Röhren 12 und 13 gleichermaßen leitend, und es wird kein Strom durch den Belastungskreis
fließen. So wird im Ausgangskreis des Modulators ein Einphasenstrom mit der obenerwähnten
Differenzfrequenz fließen. Durch Anwendung ähnlicher Anordnungen für jeden der Modu-Latoren,7,
8 und 9 der Fig. t wird sich als Gesamtausgang ein Dreiphasenstrom mit besagter
Differenzfrequenz einstellen.
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Fig. 3 zeigt einen Modulator mit vier Elektronenentladungsröhren 23,
24, 25 und 26, der gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Anordnung den Vorteil hat,
daß das Filter 36 weniger zu glätten braucht und daß der Transformator 14 nicht
durch Ladungsströme polarisiert wird. Die Anode der Röhre 23 ist mit der Kathode
der Röhre 24 und die Anode der Röhre 25 mit der Kathode der Röhre 26 und die Anode
der Röhre 26 mit den Kathoden der Röhren 23 und 25 und der Anode der Röhre 24 verbunden.
Eine Phase aus dem Netz wird in die Primärwicklung des Transformators 14 eingespeist.
Die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 14 sind mit der Anode der Röhre
23 und der Kathode der Röhre 24 bzw. mit der Anode der Röhre 25 und der Kathode
der Röhre 26 verbunden.
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Entsprechende Wicklungen des Rotors 3 (Fig. 1), welche als Widerstand
15 dargestellt sind, liegen zwischen der Anode der Röhre 24 und einer Mittelanzapfung
der Sekundärwicklung des Transformators 14. Der Strom mit Synchronisierfrequenz
wird in die Primärwicklung eines Transformators 27, welcher vier Sekundärwicklungen
besitzt, @eingespeist. Die Sekundärwicklungen sind mit ihrem einen Ende mit den
Kathoden der Röhren 23, 24, 25 und 26 verbunden, während ihre anderen Enden über
Gittervorwiderstände und dazu parallel geschaltete Kondensatoren an den entsprechenden
Steuergittern der Röhren liegen. Um die Zeichnung übersichtlicher zu machen, sind
diese Verbindungen nicht dargestellt, und es soll verstanden werden, daß die Paare
von Punkten mit den Bezugsnummern 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 'und 35 miteinander
zu verbinden sind.
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Bei Betrieb arbeiten die Röhren 23 und 25 als Zweiphasenhalbw ellengleichrichter
und erzeugen einen Strom in Pfeilrichtung. Die Röhren 24 und 26 arbeiten in ähnlicher
Weise und bewirken einen Stromfluß in entgegengesetzter Richtung.
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Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnung ist die Amplitude
der Modulatorausgänge im wesentlichen im Hinblick auf den Phasenunterschied zwischen
den Strömen aus dem Netz und der Synchronisierquelle, die dem Modulator zugeführt
werden, sinusförmig, und der überlagerte Gleichstromanteil beträgt weniger als 5%
des Ausgangsscheit@elwertes.